一种全自动冲孔数控机床及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种数控机床，尤其是涉及一种自动上料和自动检测冲孔质量的数控机床及其控制方法。


背景技术：

2.冲床，就是一台冲压式压力机。冲压工艺由于比传统机械加工来说有节约材料和能源，效率高，对操作者技术要求不高及通过各种模具应用可以做出机械加工所无法达到的产品这些优点，因而它的用途越来越广泛。
3.但是，现有技术中的冲孔数控机床存在以下技术缺陷：1、机床对于冲孔对象较大的物件，现有的机床需要人工对其进行定位和限位，但是这个操作通常是人工进行，由于存在多个限位点，操作繁杂，并且浪费时间。
4.2、通常冲孔对象为较大的部件时，其需要移动到冲头下方，因而限位和移动两个步骤时间较长会导致冲孔效率低下。
5.3、机床冲孔完毕，通常需要后续检查才能知晓冲孔质量如何，现有技术中缺乏一种现场检验冲孔质量的方法和装置。
6.如图1所示，冲孔数控机床包括机架1，可以在机架1上移动的定位台3，定位台3将工件移动至钻头支架2的下方，钻头对工件进行冲孔。该冲孔数控机床自动化低，其需要人工将工件固定和限位在定位台3上，还需要人工将定位台3移动至钻头支架2的下方，并且冲孔的工件质量检测还需要人工进行肉眼检测，大大影响了冲孔效率以及冲孔的质量。


技术实现要素：

7.本发明设计了一种全自动冲孔数控机床及其控制方法，其解决的技术问题是：（1）机床对于冲孔对象较大的物件，现有的机床需要人工对其进行定位和限位，但是这个操作通常是人工进行，由于存在多个限位点，操作繁杂，并且浪费时间。（2）通常冲孔对象为较大的部件时，其需要移动到冲头下方，因而限位和移动两个步骤时间较长会导致冲孔效率低下。（3）机床冲孔完毕，通常需要后续检查才能知晓冲孔质量如何，现有技术中缺乏一种现场检验冲孔质量的方法和装置。
8.为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：一种全自动冲孔数控机床，包括机架和自动冲孔钻头，在机架上设有能够移动的定位台，所述定位台通过夹紧限位装置将冲孔工件进行固定，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元控制驱动机构使得所述定位台向自动冲孔钻头下方移动，并且在上述移动过程中所述夹紧限位装置将冲孔工件依次进行夹紧和限位。
9.优选地，所述驱动机构包括第一驱动电机和双向丝杆，所述双向丝杆由两段旋向相反的螺纹杆组成，第一驱动电机驱动双向丝杆旋转，双向丝杆的两段旋向相反的螺纹分别连接第一螺纹滑套和第二螺纹滑套，第一螺纹滑套与第一夹紧机构连接，第二螺纹滑套与第二夹紧机构连接，所述第一夹紧机构与所述第二夹紧机构沿着所述双向丝杆轴向相向
移动时将冲孔工件逐渐夹紧；双向丝杆没有设置螺纹的两端设有第一滚轮和第二滚轮，所述双向丝杆通过轴承与所述定位台的安装孔连接，旋转的第一滚轮和第二滚轮共同将所述定位台及其夹紧的冲孔工件在所述机架上平移。
10.优选地，机架上设有两条平行设置的轨道，第一滚轮和第二滚轮分别被限定在一个轨道中移动。
11.优选地，第一夹紧机构包括第一支撑部和第一垂直夹紧部，第一支撑部与第一螺纹滑套固定连接，第一垂直夹紧部与第一支撑部形成直角连接结构；第二夹紧机构包括第二支撑部和第二垂直夹紧部，第二支撑部与第二螺纹滑套固定连接，第二垂直夹紧部与第二支撑部形成直角连接结构；第一垂直夹紧部与第二支撑部相向移动时使得冲孔工件两侧面被夹紧。
12.优选地，第一夹紧机构还包括第一移动限位部，第一移动限位部连接在第一垂直夹紧部上方，第一移动限位部与第一垂直夹紧部设有连通的空腔，第一移动限位部的上空腔中设有能够进出的限位块；第一垂直夹紧部的下空腔中设有受力块，受力块通过第一复位弹簧与第一垂直夹紧部下空腔内壁连接，受力块在第一复位弹簧作用下能够伸出第一垂直夹紧部，受力块也能够被冲孔工件作用完全回到第一垂直夹紧部中；受力块设有下齿条，限位块设有上齿条，上齿条通过传动齿轮与下齿条啮合，传动齿轮通过转轴与上空腔或下空腔内壁连接；冲孔工件将受力块推回第一垂直夹紧部中并被第一垂直夹紧部夹持，而且也使得限位块伸出将冲孔工件限定在限位块与第一支撑部之间。
13.优选地，第二夹紧机构还包括第二移动限位部，第二移动限位部连接在第二垂直夹紧部上方，第二移动限位部与第二垂直夹紧部设有连通的空腔，第二移动限位部的上空腔中设有能够进出的限位块；第二垂直夹紧部的下空腔中设有受力块，受力块通过第二复位弹簧与第二垂直夹紧部下空腔内壁连接，受力块在第二复位弹簧作用下能够伸出第二垂直夹紧部，受力块也能够被冲孔工件作用完全回到第二垂直夹紧部中；受力块设有下齿条，限位块设有上齿条，上齿条通过传动齿轮与下齿条啮合，传动齿轮通过转轴与上空腔或下空腔内壁连接；冲孔工件将受力块推回第二垂直夹紧部中并被第二垂直夹紧部夹持，而且也使得限位块伸出将冲孔工件限定在限位块与第二支撑部之间。
14.优选地，还包括钻头与图像检测机构切换装置，其包括第二驱动电机、第一安装腔和第二安装腔，第二驱动电机的转轴与旋转体连接，旋转体下部与第一安装腔连接，旋转体上部与第二安装腔连接，第一安装腔中安装自动冲孔钻头，第二安装腔安装ccd相机采集冲孔的形状数据；第二驱动电机使得自动冲孔钻头旋转至下方，自动冲孔钻头自身能够伸缩对冲孔工件冲出不同深度的孔径；第二驱动电机使得ccd相机旋转至下方，ccd相机采集孔径的直径以及深度数据并且传输至控制单元判断孔径的质量。
15.优选地，第二安装腔设有盖体，盖体起到保护ccd相机不使用或旋转至上方时免受的金属粉尘的损害；第二驱动电机的转轴一端通过第一轴承与钻头支架的安装孔连接，第二驱动电机的转轴另一端与第二轴承连接，第一轴承不转动的外圈与第一推杆连接，第二轴承不转动的外圈与第二推杆连接，第一安装腔以及第二安装腔的宽度能够从第一推杆与第二推杆之间通行，盖体的宽度不能从第一推杆与第二推杆之间通行，盖体上设有限位滑槽，第二安装腔的开口处对应设有滑杆，滑杆位于限位滑槽中，当第一推杆与第二推杆推动盖体时，滑杆与限位滑槽配合确保盖体能够离开第二安装腔的开口但不会分离，盖体与第
二安装腔之间设有第二复位弹簧使得盖体不被第一推杆与第二推杆作用时，能够重新覆盖住第二安装腔的开口。
16.优选地，钻头支架能够水平移动或/和垂直移动从而带着自动冲孔钻头和ccd相机移动。
17.一种全自动冲孔数控机床的控制方法，包括以下步骤：s1、将冲孔工件放置在第一夹紧机构和第二夹紧机构上；s2、控制单元启动第一驱动电机，第一夹紧机构和第二夹紧机构相向移动并且靠近冲孔工件，第一滚轮和第二滚轮滚动使得定位台和冲孔工件向钻头支架下方移动；s3、当定位台移动至钻头支架下方时，冲孔工件将受力块推入第一垂直夹紧部中，限位块伸出将冲孔工件限定在限位块与第一支撑部之间；同样地，冲孔工件将受力块推入第二垂直夹紧部中，限位块伸出将冲孔工件限定在限位块与第二支撑部之间；s4、启动第二驱动电机，使得自动冲孔钻头旋转至下方；s5、控制单元控制自动冲孔钻头工作对冲孔工件进行冲孔；s6、冲孔完毕，等待空气中的金属粉尘降低至预设值时；s7、再次启动第二驱动电机，使得当第一推杆与第二推杆推开盖体，ccd相机旋转至下方并且能够采集孔径的直径以及深度数据并且传输至控制单元判断孔径的质量；s8、控制单元如果判断孔径质量不达标，重复s4-s7。
18.该全自动冲孔数控机床及其控制方法具有以下有益效果：（1）本发明通过一个驱动装置使得冲孔工件的左右夹紧、上下限位以及水平移动同步进行，因而改变了传统人工操作的模式，大大节省了人力参与，并且能够使得夹紧、限位以及移动全自动实现，适用于高精度部件的加工，也可以达到智能制造的要求。
19.（2）本发明通过设置钻头与图像检测机构切换装置，实现冲孔完毕之后无需离开工作台就可以对冲孔质量进行检测，并且在冲孔质量不达标时，可以立即进行返工，大大节省时间，并且理论上可以确保每个工件的冲孔质量达标。
20.（3）本发明通过设置钻头与图像检测机构切换装置，并且还使得ccd相机具有盖体保护，避免冲孔产生的金属灰尘进入到ccd相机中，影响ccd相机的使用寿命，也避免金属灰尘对图像采集的干扰。
附图说明
21.图1：现有技术中的冲孔数控机床的立体结构示意图；图2：本发明全自动冲孔数控机床的夹紧装置第一种实施例示意图；图3：本发明全自动冲孔数控机床的夹紧限位装置第一工作示意图；图4：图3中第一夹紧限位装置的传动示意图；图5：图3中第二夹紧限位装置的传动示意图；图6：本发明全自动冲孔数控机床的夹紧限位装置第二工作示意图；图7：图6中第一夹紧限位装置的传动示意图；图8：图6中第二夹紧限位装置的传动示意图；图9：本发明全自动冲孔数控机床的第二种实施例示意图；图10：本发明中钻头与图像检测机构切换装置示意图；
图11：图10将图像检测机构旋转于下方时的左视图；图12：图11的仰视图；图13：图12中的盖体结构示意图。
22.附图标记说明：1—机架；11—轨道；2—钻头支架；3—定位台；31—夹紧机构移动槽；4—第一驱动电机；40—双向丝杆；41—第一螺纹滑套；411—第一支撑部；412—第一垂直夹紧部；413—第一移动限位部；42—第二螺纹滑套；421—第二支撑部；422—第二垂直夹紧部；423—第二移动限位部；5—冲孔工件；51—受力块；52—限位块；53—传动齿轮；54—下齿条；55—上齿条；56—第一复位弹簧；57—第一滚轮；58—第二滚轮；6—第二驱动电机；61—转轴；62—旋转体；63—第一轴承；64—第二轴承；65—第一安装腔；66—第二安装腔；661—滑杆；662—第二复位弹簧；67—盖体；671—限位滑槽；68—第一推杆；69—第二推杆。
具体实施方式
23.下面结合图1至图13，对本发明做进一步说明：一种全自动冲孔数控机床，包括机架1和自动冲孔钻头，在机架1上设有能够移动的定位台3，定位台3通过夹紧限位装置将冲孔工件5进行固定，还包括控制单元，控制单元控制驱动机构使得定位台3向自动冲孔钻头下方移动，并且在上述移动过程中夹紧限位装置将冲孔工件5依次进行夹紧和限位。
24.驱动机构包括第一驱动电机4和双向丝杆40，双向丝杆40由两段旋向相反的螺纹杆组成，第一驱动电机4驱动双向丝杆40旋转，双向丝杆40的两段旋向相反的螺纹分别连接第一螺纹滑套41和第二螺纹滑套42，第一螺纹滑套41与第一夹紧机构连接，第二螺纹滑套42与第二夹紧机构连接，第一夹紧机构与第二夹紧机构沿着双向丝杆40轴向相向移动时将冲孔工件5逐渐夹紧。
25.如图2所示，第一夹紧机构包括第一支撑部411和第一垂直夹紧部412，第一支撑部411与第一螺纹滑套41固定连接，第一垂直夹紧部412与第一支撑部411形成直角连接结构；第二夹紧机构包括第二支撑部421和第二垂直夹紧部422，第二支撑部421与第二螺纹滑套42固定连接，第二垂直夹紧部422与第二支撑部421形成直角连接结构；第一垂直夹紧部412与第二支撑部421相向移动时使得冲孔工件5两侧面被夹紧。
26.如图3、4、6和7所示，第一夹紧机构还包括第一移动限位部413，第一移动限位部413连接在第一垂直夹紧部412上方，第一移动限位部413与第一垂直夹紧部412设有连通的空腔，第一移动限位部413的上空腔中设有能够进出的限位块52；第一垂直夹紧部412的下空腔中设有受力块51，受力块51通过第一复位弹簧56与第一垂直夹紧部412下空腔内壁连接，受力块51在第一复位弹簧56作用下能够伸出第一垂直夹紧部412，受力块51也能够被冲孔工件5作用完全回到第一垂直夹紧部412中；受力块51设有下齿条54，限位块52设有上齿条55，上齿条55通过传动齿轮53与下齿条54啮合，传动齿轮53通过转轴与上空腔或下空腔内壁连接；冲孔工件5将受力块51推回第一垂直夹紧部412中并被第一垂直夹紧部412夹持，而且也使得限位块52伸出将冲孔工件5限定在限位块52与第一支撑部411之间。
27.如图3、5、6和8所示，第二夹紧机构还包括第二移动限位部423，第二移动限位部423连接在第二垂直夹紧部422上方，第二移动限位部423与第二垂直夹紧部422设有连通的
空腔，第二移动限位部423的上空腔中设有能够进出的限位块52；第二垂直夹紧部412的下空腔中设有受力块51，受力块51通过第二复位弹簧56与第二垂直夹紧部422下空腔内壁连接，受力块51在第二复位弹簧56作用下能够伸出第二垂直夹紧部422，受力块51也能够被冲孔工件5作用完全回到第二垂直夹紧部422中；受力块51设有下齿条54，限位块52设有上齿条55，上齿条55通过传动齿轮53与下齿条54啮合，传动齿轮53通过转轴与上空腔或下空腔内壁连接；冲孔工件5将受力块51推回第二垂直夹紧部422中并被第二垂直夹紧部422夹持，而且也使得限位块52伸出将冲孔工件5限定在限位块52与第二支撑部421之间。
28.如图9所示，双向丝杆40没有设置螺纹的两端设有第一滚轮57和第二滚轮58，双向丝杆40通过轴承与定位台3的安装孔连接，旋转的第一滚轮57和第二滚轮58共同将定位台3及其夹紧的冲孔工件5在机架1上平移。
29.机架1上设有两条平行设置的轨道11，第一滚轮57和第二滚轮58分别被限定在一个轨道11中移动。
30.如图10和图11所示，钻头与图像检测机构切换装置包括第二驱动电机6、第一安装腔65和第二安装腔66，第二驱动电机6的转轴61与旋转体62连接，旋转体62下部与第一安装腔65连接，旋转体62上部与第二安装腔66连接，第一安装腔65中安装自动冲孔钻头，第二安装腔66安装ccd相机采集冲孔的形状数据；第二驱动电机6使得自动冲孔钻头旋转至下方，自动冲孔钻头自身能够伸缩对冲孔工件5冲出不同深度的孔径。可以配合限位装置，使得自动冲孔钻头始终保持垂直。
31.第二驱动电机6使得ccd相机旋转至下方，ccd相机采集孔径的直径以及深度数据并且传输至控制单元判断孔径的质量。可以配合限位装置，使得ccd相机始终保持垂直。
32.第二安装腔66设有盖体67，盖体67起到保护ccd相机不使用或旋转至上方时免受的金属粉尘的损害。第二驱动电机6的转轴61一端通过第一轴承63与钻头支架的安装孔连接，第二驱动电机6的转轴61另一端与第二轴承64连接，第一轴承63不转动的外圈与第一推杆68连接，第二轴承64不转动的外圈与第二推杆69连接，第一安装腔65以及第二安装腔66的宽度能够从第一推杆68与第二推杆69之间通行，盖体67的宽度不能从第一推杆68与第二推杆69之间通行。如图13所示，盖体67上设有限位滑槽671，第二安装腔66的开口处对应设有滑杆661，滑杆661位于限位滑槽671中，当第一推杆68与第二推杆69推动盖体67时，滑杆661与限位滑槽671配合确保盖体67能够离开第二安装腔66的开口但不会分离。
33.盖体67与第二安装腔66之间设有第二复位弹簧662使得盖体67不被第一推杆68与第二推杆69作用时，能够重新覆盖住第二安装腔66的开口，如图12所示。
34.滑杆661与限位滑槽671可以存在一定的弧度，确保当第一推杆68与第二推杆69推动盖体67时，盖体67不会卡死。
35.钻头支架能够水平移动或/和垂直移动从而带着自动冲孔钻头和ccd相机移动。
36.本发明全自动冲孔数控机床的控制方法，包括以下步骤：s1、将冲孔工件5放置在第一夹紧机构和第二夹紧机构上；s2、控制单元启动第一驱动电机4，第一夹紧机构和第二夹紧机构相向移动并且靠近冲孔工件5，第一滚轮57和第二滚轮58滚动使得定位台3和冲孔工件5向钻头支架2下方移动；s3、当定位台3移动至钻头支架2下方时，冲孔工件5将受力块51推入第一垂直夹紧
部412中，限位块52伸出将冲孔工件5限定在限位块52与第一支撑部411之间；同样地，冲孔工件5将受力块51推入第二垂直夹紧部422中，限位块52伸出将冲孔工件5限定在限位块52与第二支撑部421之间；s4、启动第二驱动电机6，使得自动冲孔钻头旋转至下方；s5、控制单元控制自动冲孔钻头工作对冲孔工件5进行冲孔；s6、冲孔完毕，等待空气中的金属粉尘降低至预设值时；s7、再次启动第二驱动电机6，使得当第一推杆68与第二推杆69推开盖体67，ccd相机旋转至下方并且能够采集孔径的直径以及深度数据并且传输至控制单元判断孔径的质量；s8、控制单元如果判断孔径质量不达标，重复s4-s7。
37.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。